循环生物力学的模型研究
作者：江朝光 姜澜 孙衍庆 李功宋
单位：解放军总医院心血管外科，北京 100853 江朝光 李功宋 解放军总医院微循环研究室 姜澜安贞医院，北京 100029 孙衍庆
关键词：心血管模型；模拟研究；灌注
军医进修学院学报990401 摘要 目的：应用深低温在停循环期间经上腔静脉逆行灌注保护大脑已在临床采用。为进一步研究血流动力学与微血管通透的机制。方法：自行制做了一套循环模拟系统，它由搏动泵、阻尼器、弹性腔和不同口径的弹性管道组成大循环，用聚丙烯中空纤维膜模拟毛细血管组成微循环。通过调整模型参数，例如心率、外周阻力和动脉顺应性等。结果：经检验其数值与心血管循环生理特点相符合。可模拟仿真血管流量和压力波形进行正和逆行灌注。结论：自行研制的心血管模型将体循环和微循环有机联系在一起，未见文献报道。
中国图书资料分类法分类号 R 654
, 百拇医药
Simulating study of circulation biomechanical
Jiang Chaoguan, Jiang Lan, Sun Yanquin, Li Gongsong
(Department of Cardiovascular Surgey, General Hospital of PLA, Beijing 100853)
Abstract Objective:As a method of viscera protection during operation on the aortic arch, it is apparently good clinical results with retrograde cerebral perfusion through the superior vena cava for protecting brain during deep hypothermic circulatory arrest. In order to study the mechanism of hemodynamic and microvascular permeability during the retrograde perfusion. Methods:A body circulation simulating system, which consists of pulsating pump, resistance unit, Windkessel unit and elastic pipes of different diameter, was made. A microcirculation simulating system was studied by using polypropylene hollow fiber membrane as capillary. Through adjusting the parameter of the model, for example the heart rate, peripheral resistance and arterial compliance, the flow and the waves of pressure of vascular model were simulated. Results:The results showed that it corresponded to the physiological character of cardiovascular circulation. It proved the circulation emulating model be reasonable in both anterograde and retrograde perfusion. Conclusion:It is a new report that the cardiovascular model home-made integrated body circulation with microcirculation.
, 百拇医药
Key words cardiovascular model; simulating study; perfusion
近年来，在体外循环领域陆续开展了采用逆行灌注方法，以保护心、脑等重要脏器的功能。如：深低温停循环期间，经上腔静脉逆行灌注保护脑功能〔1～3〕；腔静脉逆行灌注保持腹腔重要器官；经冠状窦逆行灌注保护心脏功能〔4，5〕。这些反生理灌注措施在临床上都取得较好效果。为深入探索逆行灌注的机制，我们在体外建立一套体循环与微循环有机结合的循环模拟系统，通过改变模型系统中的心率、外周阻力和顺应性的任一因素，对流经实验模型的流量、压力及顺应性进行监测，并对整个循环系统的总流量进行测量。以检验整个物理模拟心血管循环系统的结果是否符合循环生理的特点，为进一步研究提供基本的模拟装置。
1 材料和方法
1.1 心脏泵 采用POLYSTAN (Denmark pulsatile)搏动泵，实验时每搏输出量为 ml/s，在实验中通过调整泵上的脉动频率，以模拟不同的心率。模拟循环系统的组成：利用搏动泵、阻尼器、液容器和不同内径的弹性乳胶管建立一套封闭的循环回路，本项实验中循环模拟系统的构成采用单环方式模拟体循环(附图)。
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附图 模拟心血管循环系统模式图
1.2 动脉血管模拟 动脉血管段的分布参数模型的压力流量关系——假定管壁无渗漏，则动脉管段可简写为如下形式：
上述参数中，R0、L0分别代表血液物理特性：粘性与惯性。G0、C0分别代表血管壁的物理特性：渗漏性与顺应性。系数K1、K2随频率参数α变化而变化。
1.3 静脉血管模拟 静脉系统血管的顺应性大约是动脉系统的 24 倍。人体血容量的 80% 在静脉中，血液在静脉中流动有许多不同于动脉的特点：薄壁、低压、弹性很大、刚度很小、极易塌陷，血液非粘性显著，远支静脉几乎都有瓣膜，这使静脉中血液流动较动脉更为复杂。但在研究循环系统物理模拟时，一般不关注静脉内的局部流态，而仅关心总体的压力-流量关系。故可采用类似于动脉的集中参数模型，即用一个足够大的开口储液箱或密封空气腔，就能很容易满足静脉顺应性的要求。
, 百拇医药
1.4 毛细血管的模拟 采用内径 0.5 mm 的聚丙烯中空纤维，壁厚 0.2 mm，膜表面微孔可通过 8 万U的蛋白。将 5 根中空纤维粘成一束模拟毛细血管动脉区段，长度为 8 cm。毛细血管静脉区段用 10 根中空纤维粘成一束，其长度为 16 cm。由于单根中空纤维管径、表面积和通透率相同，因此，模拟动脉与静脉连接成完整的毛细血管时，其模拟毛细血管动静脉流阻比为 1∶1，表面积比为 1∶4，通透率比为 1∶4。
1.5 压力与流量测量 应用LMZ-2 二道生理记录仪在线测量并记录模型上的收缩压和舒张压。由于循环模拟系统上的压力与循环生理类似，呈现脉动性变化。各测量点分别测得收缩压Ps、舒张压Pd。根据心血管生理经验计算公式，平均压力P为：
其中，P为平均压、Ps为收缩压、Pd为舒张压。
, 百拇医药
采用MFV-2100 电磁流量计(NIHON Kohden)在不同体循环压力状态下，分别在线测量模型内各测量点的流量。每次测得各点流量最大值Vmax、最小值Vmin、V表示该点的流量。
其中，V为平均流量、Vmax为最大流量、Vmin为最小流量。
为检验该模拟循环系统在不同心率、外周阻力和血管不同顺应性状态下模拟效果，按以下步骤每组实验进行 3 次。
A.通过调整循环泵改变心率 48/min、 71/min、 92/min，当外周阻尼状态值为中级时，以观测模型中流量、顺应性C及压力的变化。
B.通过调整阻尼器改变外周阻尼状态，使其阻尼值分为高、中、低三等级，在心率为 71/min 时，以测量模型中流量、顺应性C与压力的变化。
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C.通过调整液容器改变动脉系统的血管顺应性，当外周阻尼状态值为中级，在心率为 71/min时，以测量模型中流量、压力的变化。
2 结 果
2.1 心率变化 见表 1。
2.2 外周阻力变化 心率 71/min，通过改变阻尼器使阻尼值分为高、中、低三等级，测量流量与压力(表 2)。
2.3 血管顺应性C的变化 心率为 71/min，外周阻力R取中值，改变液容的参数(表 3)。
表1 心功能参数随心率改变 参数
心率 (B/min)
48
, http://www.100md.com 71
92
Ps
2.67
12.0
13.33
Pd
0.67
8.0
9.33
P
1.33
9.33
, http://www.100md.com
10.67
ΔP
2.0
4.0
4.0
C
0.89
0.6
0.6
Q
1 700
2 800
2 950
, 百拇医药
Q1
160
300
300
P.血压，kPa; C.顺应性，ml/mmHg；Q.总流量(Q1模型中流量)，ml/min
表2 心功能参数随外周阻尼变化 参数
外周阻尼
低值
中值
高值
Ps
, 百拇医药
10.93
12.0
18.0
Pd
7.33
8.0
14.0
P
8.67
9.33
15.33
ΔP
3.60
, 百拇医药
4.0
4.0
C
0.62
0.6
0.6
Q
3 180
2 800
2 550
Q1
290
300
, 百拇医药
410
表3 心功能参数随血管顺应性 参数
顺应性C(ml/mmHg)
0.3
0.6
Ps
14.0
12.0
Pd
7.33
8.0
P
, 百拇医药
9.47
9.33
ΔP
6.67
4.0
Q
2 800
2 800
Q1
300
300
3 讨 论
3.1 心血管系统物理模拟理论与制作 血液循环系统的物理模拟，是心血管血流动力学基础应用的重要方面。其重要意义表现在研究工作中提出生理系统的数学模型或机械模型，常常是件困难的工作，而实用的物理模型是在模拟仿生的基础上产生出来的。模拟研究又会大大地加深对实际生理系统的了解，对一些生理现象产生新的认识。模拟仿真研究具有特殊的优点。作为一个封闭环路的心脑血管系统的某些重要生理数据，一般很难在动物试验或临床上得到，但在受控条件下的模型试验中却很容易得到，并能排除在活体实验中不可避免的“个体差异”性。模拟研究可以在很长时间内任意地选择、保持、重复和控制实验条件，乃至人为地设置异常条件。还能方便分析多种因素的相互关系，使于推出数学模型。由于生物系统的复杂性和个体分散性，理论与数值计算是否可靠往往需要经过实验验证，而许多新的理论常常是在实验研究中发现、修正和发展。
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我们研究的循环物理模拟系统同一切生理过程仿真模拟一样，经历三个过程：概念化，即对模拟对象的解剖特点、生理过程尽可能多的了解，形成抽象的概念，并得出一些规律性的认识；模型化，即研制出物理模型和相应的数学模型；特性试验，比较模拟装置与实际生理系统性能的相似性。除一般模拟装置具有的功能外，本模型还具有以下特点，阻尼器调整范围大：在本模型的阻尼器设计制作中，其阻力值调整范围大，能较好地模拟各种不同的循环状态；动脉顺应性可调：根据模拟实验的不同要求，可模拟出各种不同的顺应性，并可随时进行调整以适应要求。
3.2 心血管模拟系统数据分析 根据对循环系统模拟实验数据的分析，我们得出以下评价：当心率不变时，循环系统总流量Q与外周阻力R成反比，流经模型流量与其收缩压Ps、舒张压Pd的压差无关，而与其平均动脉压P密切相关。我们循环模型中的实验数据与该规律吻合。生理学认为：当心率过快时，循环总量并不增加，甚至下降。在我们的物理模型模拟实验中与此吻合。在正常生理条件下，人体动脉的顺应性与动脉血管壁的弹性有密切关系。当动脉的顺应性越大，动脉的可扩张度也越大，说明动脉的弹性越好，动脉顺应性越大；反之，若动脉顺应性越小，说明动脉的弹性越差，其脉压差增大。模拟实验结果显示，与循环生理吻合。对模拟实验结果的综合评价(表 3)，从中可看出本模型在模拟心血管循环系统方面具有较好的仿真性、实用性和可操作性。
, 百拇医药
3.3 毛细血管的结构与模拟通透的可行性 体内血液在毛细血管处进行着循环系统最有意义的机能：在组织和循环着的血液间进行营养物质和细胞代谢产物的交换，对人体来讲约有 100 亿条毛细血管(其总表面积为 500 m2)在实现着这个功能，毛细血管主要由很薄的单层内皮细胞及围绕在其外的薄层基底膜构成，这个膜的总厚度约为0.5μm，毛细血管的直径约为7～9μm，毛细血管膜上有微孔，它们实际上是两个内皮细胞联接处的裂缝样的空隙，其面积占整个毛细血管表面积的千分之一，水和许多被溶解的物质就是通过它在毛细血管腔和组织间隙之间交换。我们在实验中采用聚丙烯中空纤维膜模拟毛细血管通透性变化，聚丙烯中空纤维膜具有细管状、侧壁有微孔，根据微孔大小，可选择性地进行单纯气体或水分交换，文献中未见报道。实验中可根据不同要求，采用不同直径、长度及表面微孔的中空纤维膜，较好地模拟毛细血管的通透特点。在体的毛细血管不同区段解剖结构在靠近微动脉段和靠近静脉段有一定差异。近细动脉段：管径相对较细，微孔少，具有较弱的通透性；近细静脉段：管径相对较粗、微孔多，具有较强的通透性。我们在实验中，将细动脉段设置 5 根中空纤维粘成一束，其长度为 8 cm；将细静脉段设置 10 根中空纤维粘成一束，其长度为 16 cm。模拟毛细血管由动、静脉段两束串联而成，其表面积比为 1∶ 4；阻力比为 1∶1；若考虑到每根中空纤维微孔大小及密度相同，模拟毛细血管的动静脉通透能力比为 1∶4。这样较好地模拟了毛细血管不同区段的结构及功能特点。
, 百拇医药
3.4 毛细血管的体外模拟意义 模型及其方法在微循环研究中的作用是解决生物在体实验中无法解决的问题：不能完整地分离细动脉、毛细血管、细静脉；不能在体内任意改变血液动力学参数，如压、流、阻、粘度；不能任意改变细动脉、毛细血管、细静脉的走行、管径和网络结构；不能任意改变微血管的通透状况。而在模拟实验中，可任意调整体循环灌注压力、灌注液浓度和粘度，以了解和发现对微循环的影响。采用聚丙烯中空纤维膜模拟毛细血管，具有腔内流动、侧壁通透、可进行液体或者气体交换作用等特点，明显优于以往的蚀刻等模拟毛细血管的方法，可满足不同研究目的，缩短从被研究对象的原型中获得信息的过程。
本文以聚丙烯中空纤维膜模拟微循环，并与体循环有机结合，可根据全身不同器官循环特点模拟正或逆行灌注，具有广泛应用前景。
国家自然科学基金资助项目，批准号 39770733
参考文献
, 百拇医药
1 Deeb GM, Jenkins E, Bolling SF et al. Retrograde cerebral perfusion during hypothermic circulatory arrest reduces neurologic morbidity. J Thorac Cardiovasc Surg, 1995,109:259
2 Juvonen T, Zhang N, Wolfe D et al. Retrograde cerebral perfusion enhances cerebral protection during prolonged hypothermic circulatory arrest: A study in a chronic porcine model. Ann Thorac Surg, 1998,66:38
3 Filgueiras CL, Ryner R, Ye J et al. Cerebral protection during moderate hypothermic circulatory arrest: histopathology and magnetic resonance spectroscopy of brain energetics and intracellular pH in pigs. J Thorac Cardiovasc Surg, 1996,112:1073
, 百拇医药
4 Gundry SR, Wang N, Bannon D et al. Retrograde continuous warm blood cardioplegia: maintenance of myocardial homeostasis in humans. Ann Thorac Surg, 1993,55:358
5 Pagano D, Carey JA, Patel RL et al. Retrograde cerebral perfusion: clinical experience in emergency and elective aortic operations. Ann Thorac Surg, 1995,59:393
(1999—04—05收稿，1999—04—28修回), 百拇医药
单位：解放军总医院心血管外科，北京 100853 江朝光 李功宋 解放军总医院微循环研究室 姜澜安贞医院，北京 100029 孙衍庆
关键词：心血管模型；模拟研究；灌注
军医进修学院学报990401 摘要 目的：应用深低温在停循环期间经上腔静脉逆行灌注保护大脑已在临床采用。为进一步研究血流动力学与微血管通透的机制。方法：自行制做了一套循环模拟系统，它由搏动泵、阻尼器、弹性腔和不同口径的弹性管道组成大循环，用聚丙烯中空纤维膜模拟毛细血管组成微循环。通过调整模型参数，例如心率、外周阻力和动脉顺应性等。结果：经检验其数值与心血管循环生理特点相符合。可模拟仿真血管流量和压力波形进行正和逆行灌注。结论：自行研制的心血管模型将体循环和微循环有机联系在一起，未见文献报道。
中国图书资料分类法分类号 R 654
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Simulating study of circulation biomechanical
Jiang Chaoguan, Jiang Lan, Sun Yanquin, Li Gongsong
(Department of Cardiovascular Surgey, General Hospital of PLA, Beijing 100853)
Abstract Objective:As a method of viscera protection during operation on the aortic arch, it is apparently good clinical results with retrograde cerebral perfusion through the superior vena cava for protecting brain during deep hypothermic circulatory arrest. In order to study the mechanism of hemodynamic and microvascular permeability during the retrograde perfusion. Methods:A body circulation simulating system, which consists of pulsating pump, resistance unit, Windkessel unit and elastic pipes of different diameter, was made. A microcirculation simulating system was studied by using polypropylene hollow fiber membrane as capillary. Through adjusting the parameter of the model, for example the heart rate, peripheral resistance and arterial compliance, the flow and the waves of pressure of vascular model were simulated. Results:The results showed that it corresponded to the physiological character of cardiovascular circulation. It proved the circulation emulating model be reasonable in both anterograde and retrograde perfusion. Conclusion:It is a new report that the cardiovascular model home-made integrated body circulation with microcirculation.
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Key words cardiovascular model; simulating study; perfusion
近年来，在体外循环领域陆续开展了采用逆行灌注方法，以保护心、脑等重要脏器的功能。如：深低温停循环期间，经上腔静脉逆行灌注保护脑功能〔1～3〕；腔静脉逆行灌注保持腹腔重要器官；经冠状窦逆行灌注保护心脏功能〔4，5〕。这些反生理灌注措施在临床上都取得较好效果。为深入探索逆行灌注的机制，我们在体外建立一套体循环与微循环有机结合的循环模拟系统，通过改变模型系统中的心率、外周阻力和顺应性的任一因素，对流经实验模型的流量、压力及顺应性进行监测，并对整个循环系统的总流量进行测量。以检验整个物理模拟心血管循环系统的结果是否符合循环生理的特点，为进一步研究提供基本的模拟装置。
1 材料和方法
1.1 心脏泵 采用POLYSTAN (Denmark pulsatile)搏动泵，实验时每搏输出量为 ml/s，在实验中通过调整泵上的脉动频率，以模拟不同的心率。模拟循环系统的组成：利用搏动泵、阻尼器、液容器和不同内径的弹性乳胶管建立一套封闭的循环回路，本项实验中循环模拟系统的构成采用单环方式模拟体循环(附图)。
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附图 模拟心血管循环系统模式图
1.2 动脉血管模拟 动脉血管段的分布参数模型的压力流量关系——假定管壁无渗漏，则动脉管段可简写为如下形式：
上述参数中，R0、L0分别代表血液物理特性：粘性与惯性。G0、C0分别代表血管壁的物理特性：渗漏性与顺应性。系数K1、K2随频率参数α变化而变化。
1.3 静脉血管模拟 静脉系统血管的顺应性大约是动脉系统的 24 倍。人体血容量的 80% 在静脉中，血液在静脉中流动有许多不同于动脉的特点：薄壁、低压、弹性很大、刚度很小、极易塌陷，血液非粘性显著，远支静脉几乎都有瓣膜，这使静脉中血液流动较动脉更为复杂。但在研究循环系统物理模拟时，一般不关注静脉内的局部流态，而仅关心总体的压力-流量关系。故可采用类似于动脉的集中参数模型，即用一个足够大的开口储液箱或密封空气腔，就能很容易满足静脉顺应性的要求。
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1.4 毛细血管的模拟 采用内径 0.5 mm 的聚丙烯中空纤维，壁厚 0.2 mm，膜表面微孔可通过 8 万U的蛋白。将 5 根中空纤维粘成一束模拟毛细血管动脉区段，长度为 8 cm。毛细血管静脉区段用 10 根中空纤维粘成一束，其长度为 16 cm。由于单根中空纤维管径、表面积和通透率相同，因此，模拟动脉与静脉连接成完整的毛细血管时，其模拟毛细血管动静脉流阻比为 1∶1，表面积比为 1∶4，通透率比为 1∶4。
1.5 压力与流量测量 应用LMZ-2 二道生理记录仪在线测量并记录模型上的收缩压和舒张压。由于循环模拟系统上的压力与循环生理类似，呈现脉动性变化。各测量点分别测得收缩压Ps、舒张压Pd。根据心血管生理经验计算公式，平均压力P为：
其中，P为平均压、Ps为收缩压、Pd为舒张压。, 百拇医药
采用MFV-2100 电磁流量计(NIHON Kohden)在不同体循环压力状态下，分别在线测量模型内各测量点的流量。每次测得各点流量最大值Vmax、最小值Vmin、V表示该点的流量。
其中，V为平均流量、Vmax为最大流量、Vmin为最小流量。
为检验该模拟循环系统在不同心率、外周阻力和血管不同顺应性状态下模拟效果，按以下步骤每组实验进行 3 次。
A.通过调整循环泵改变心率 48/min、 71/min、 92/min，当外周阻尼状态值为中级时，以观测模型中流量、顺应性C及压力的变化。
B.通过调整阻尼器改变外周阻尼状态，使其阻尼值分为高、中、低三等级，在心率为 71/min 时，以测量模型中流量、顺应性C与压力的变化。
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C.通过调整液容器改变动脉系统的血管顺应性，当外周阻尼状态值为中级，在心率为 71/min时，以测量模型中流量、压力的变化。
2 结 果
2.1 心率变化 见表 1。
2.2 外周阻力变化 心率 71/min，通过改变阻尼器使阻尼值分为高、中、低三等级，测量流量与压力(表 2)。
2.3 血管顺应性C的变化 心率为 71/min，外周阻力R取中值，改变液容的参数(表 3)。
表1 心功能参数随心率改变 参数
心率 (B/min)
48
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92
Ps
2.67
12.0
13.33
Pd
0.67
8.0
9.33
P
1.33
9.33
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10.67
ΔP
2.0
4.0
4.0
C
0.89
0.6
0.6
Q
1 700
2 800
2 950
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Q1
160
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300
P.血压，kPa; C.顺应性，ml/mmHg；Q.总流量(Q1模型中流量)，ml/min
表2 心功能参数随外周阻尼变化 参数
外周阻尼
低值
中值
高值
Ps
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10.93
12.0
18.0
Pd
7.33
8.0
14.0
P
8.67
9.33
15.33
ΔP
3.60
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4.0
4.0
C
0.62
0.6
0.6
Q
3 180
2 800
2 550
Q1
290
300
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410
表3 心功能参数随血管顺应性 参数
顺应性C(ml/mmHg)
0.3
0.6
Ps
14.0
12.0
Pd
7.33
8.0
P
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9.47
9.33
ΔP
6.67
4.0
Q
2 800
2 800
Q1
300
300
3 讨 论
3.1 心血管系统物理模拟理论与制作 血液循环系统的物理模拟，是心血管血流动力学基础应用的重要方面。其重要意义表现在研究工作中提出生理系统的数学模型或机械模型，常常是件困难的工作，而实用的物理模型是在模拟仿生的基础上产生出来的。模拟研究又会大大地加深对实际生理系统的了解，对一些生理现象产生新的认识。模拟仿真研究具有特殊的优点。作为一个封闭环路的心脑血管系统的某些重要生理数据，一般很难在动物试验或临床上得到，但在受控条件下的模型试验中却很容易得到，并能排除在活体实验中不可避免的“个体差异”性。模拟研究可以在很长时间内任意地选择、保持、重复和控制实验条件，乃至人为地设置异常条件。还能方便分析多种因素的相互关系，使于推出数学模型。由于生物系统的复杂性和个体分散性，理论与数值计算是否可靠往往需要经过实验验证，而许多新的理论常常是在实验研究中发现、修正和发展。
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我们研究的循环物理模拟系统同一切生理过程仿真模拟一样，经历三个过程：概念化，即对模拟对象的解剖特点、生理过程尽可能多的了解，形成抽象的概念，并得出一些规律性的认识；模型化，即研制出物理模型和相应的数学模型；特性试验，比较模拟装置与实际生理系统性能的相似性。除一般模拟装置具有的功能外，本模型还具有以下特点，阻尼器调整范围大：在本模型的阻尼器设计制作中，其阻力值调整范围大，能较好地模拟各种不同的循环状态；动脉顺应性可调：根据模拟实验的不同要求，可模拟出各种不同的顺应性，并可随时进行调整以适应要求。
3.2 心血管模拟系统数据分析 根据对循环系统模拟实验数据的分析，我们得出以下评价：当心率不变时，循环系统总流量Q与外周阻力R成反比，流经模型流量与其收缩压Ps、舒张压Pd的压差无关，而与其平均动脉压P密切相关。我们循环模型中的实验数据与该规律吻合。生理学认为：当心率过快时，循环总量并不增加，甚至下降。在我们的物理模型模拟实验中与此吻合。在正常生理条件下，人体动脉的顺应性与动脉血管壁的弹性有密切关系。当动脉的顺应性越大，动脉的可扩张度也越大，说明动脉的弹性越好，动脉顺应性越大；反之，若动脉顺应性越小，说明动脉的弹性越差，其脉压差增大。模拟实验结果显示，与循环生理吻合。对模拟实验结果的综合评价(表 3)，从中可看出本模型在模拟心血管循环系统方面具有较好的仿真性、实用性和可操作性。
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3.3 毛细血管的结构与模拟通透的可行性 体内血液在毛细血管处进行着循环系统最有意义的机能：在组织和循环着的血液间进行营养物质和细胞代谢产物的交换，对人体来讲约有 100 亿条毛细血管(其总表面积为 500 m2)在实现着这个功能，毛细血管主要由很薄的单层内皮细胞及围绕在其外的薄层基底膜构成，这个膜的总厚度约为0.5μm，毛细血管的直径约为7～9μm，毛细血管膜上有微孔，它们实际上是两个内皮细胞联接处的裂缝样的空隙，其面积占整个毛细血管表面积的千分之一，水和许多被溶解的物质就是通过它在毛细血管腔和组织间隙之间交换。我们在实验中采用聚丙烯中空纤维膜模拟毛细血管通透性变化，聚丙烯中空纤维膜具有细管状、侧壁有微孔，根据微孔大小，可选择性地进行单纯气体或水分交换，文献中未见报道。实验中可根据不同要求，采用不同直径、长度及表面微孔的中空纤维膜，较好地模拟毛细血管的通透特点。在体的毛细血管不同区段解剖结构在靠近微动脉段和靠近静脉段有一定差异。近细动脉段：管径相对较细，微孔少，具有较弱的通透性；近细静脉段：管径相对较粗、微孔多，具有较强的通透性。我们在实验中，将细动脉段设置 5 根中空纤维粘成一束，其长度为 8 cm；将细静脉段设置 10 根中空纤维粘成一束，其长度为 16 cm。模拟毛细血管由动、静脉段两束串联而成，其表面积比为 1∶ 4；阻力比为 1∶1；若考虑到每根中空纤维微孔大小及密度相同，模拟毛细血管的动静脉通透能力比为 1∶4。这样较好地模拟了毛细血管不同区段的结构及功能特点。
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3.4 毛细血管的体外模拟意义 模型及其方法在微循环研究中的作用是解决生物在体实验中无法解决的问题：不能完整地分离细动脉、毛细血管、细静脉；不能在体内任意改变血液动力学参数，如压、流、阻、粘度；不能任意改变细动脉、毛细血管、细静脉的走行、管径和网络结构；不能任意改变微血管的通透状况。而在模拟实验中，可任意调整体循环灌注压力、灌注液浓度和粘度，以了解和发现对微循环的影响。采用聚丙烯中空纤维膜模拟毛细血管，具有腔内流动、侧壁通透、可进行液体或者气体交换作用等特点，明显优于以往的蚀刻等模拟毛细血管的方法，可满足不同研究目的，缩短从被研究对象的原型中获得信息的过程。
本文以聚丙烯中空纤维膜模拟微循环，并与体循环有机结合，可根据全身不同器官循环特点模拟正或逆行灌注，具有广泛应用前景。
国家自然科学基金资助项目，批准号 39770733
参考文献
, 百拇医药
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(1999—04—05收稿，1999—04—28修回), 百拇医药